一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法技术

本发明专利技术涉及一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法，包括以下步骤：标定机器人和4D超声探头的相对位置，根据机器人的运动先验缩小体素空间，利用3D直线滤波器，强化穿刺针和背景区域的体素亮度对比；应用随机采样一致性算法确定穿刺针的初始轴线方向；在穿刺针的初始轴线方向上标记为针尖位置；构造一个穿刺针跟踪候选区；在穿刺针跟踪候选区内，实时更新穿刺针的轴线方向以及针尖位置；确定的平面获得二维超声截面；通过针尖位置和静脉径向截面的相对位置，确定两个正交的、显示穿刺针和静脉轴向情况的轴向截面。与现有技术相比，本发明专利技术能够实时清晰地追踪和显示穿刺针整段长度在静脉被穿刺的局部轴向截面中的进针情况。

A method of needle tracking and path display for venipuncture robot

【技术实现步骤摘要】
一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法
本专利技术涉及静脉穿刺机器人领域，尤其是涉及一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法。
技术介绍
静脉穿刺是医学上对人体内环境进行检测和干预的重要手段。由于人工徒手穿刺存在静脉难以定位，依赖个人经验的问题，通常需要引入超声对静脉穿刺过程进行跟踪或引导。专利CN201510437528.X提出了一种将超声探头和穿刺针刚性固定的方法，可用于医护人员在手握穿刺的过程中进行针尖探测和引导。对于能够进一步提高静脉穿刺效率的静脉穿刺机器人来说，利用超声对穿刺针的运动进行跟踪和引导同样是常用的方式。如文献“TheSystemDesignandEvaluationofa7-DOFImage-GuidedVenipunctureRobot”中提出了一种在穿刺机器人中通过2D超声图像进行穿刺针跟踪的方案。但是其仍然存在以下问题：其中穿刺针和超声探头没有刚性固定，在操作过程中，需要时刻保证2D超声探头的扫面截面能够完整截取极细的穿刺针整段，若受到微小扰动导致角度偏差，将使得穿刺针整段在超声图像中收缩为一个点，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、标定机器人和4D超声探头的相对位置，根据机器人的运动先验缩小体素空间，利用3D直线滤波器，强化穿刺针和背景区域的体素亮度对比；/nS2、对于亮度高于特定阈值的体素，应用随机采样一致性算法进行三维直线拟合，确定穿刺针的初始轴线方向；/nS3、在穿刺针的初始轴线方向上，搜索亮度变化最剧烈的体素，标记为针尖位置；/nS4、在穿刺针沿前述轴线前进方向上，距离针尖d处选择体素点P

【技术特征摘要】
1.一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、标定机器人和4D超声探头的相对位置，根据机器人的运动先验缩小体素空间，利用3D直线滤波器，强化穿刺针和背景区域的体素亮度对比；
S2、对于亮度高于特定阈值的体素，应用随机采样一致性算法进行三维直线拟合，确定穿刺针的初始轴线方向；
S3、在穿刺针的初始轴线方向上，搜索亮度变化最剧烈的体素，标记为针尖位置；
S4、在穿刺针沿前述轴线前进方向上，距离针尖d处选择体素点Pstart，并在该点沿穿刺反方向距离为穿刺针半长Lneedle处选择体素点Pend，以上述体素点Pstart和体素点Pend为轴线，RROI为半径，构造一个穿刺针跟踪候选区；
S5、在穿刺针跟踪候选区内，再次执行步骤S1到步骤S3，实时更新穿刺针的轴线方向以及针尖位置；
S6：利用实时更新的穿刺针轴线方向和针尖位置确定的平面，截取探测体积，获得二维超声截面，该二维超声截面显示了针尖位置和静脉近似的径向截面；
S7：通过针尖位置和静脉径向截面的相对位置，确定两个正交的、显示穿刺针和静脉轴向情况的轴向截面。


2.根据权利要求1所述的一种静脉穿刺机器人的针头跟踪与路径显示方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：
S71、在步骤S6中获取的二维超声截面中搜索距离针尖点最近的代表静脉径向截面的黑色连通域，并对连通域中每个像素的位置加以存储；
S72、计算上述黑色连通域的形心位置；
S73、在该平面中，创建以针尖为端点，指向黑色连通域形心方向，以及垂直于该方向的两个单位向量；
S74、在三维空间中创建以针尖为端点，指向穿刺针轴线前进方向的单位向量；
S75、利用步骤S73和步骤S74中创建的三个同一针尖为端点，且两两正交的单位向量，创建两个正交的平面，即为两个静脉被刺部分局部的轴向截面。


3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐鹏，李卓凡，唐笠轩，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31